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論力學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
力學(xué)理論在橋梁的整個(gè)設(shè)計(jì)和具體的施工中都是起到關(guān)鍵作用的，以下是小編搜集整理的一篇探究力學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用分析的論文范文，供大家閱讀參考。
【摘要】在人類發(fā)展的漫長(zhǎng)歲月中，橋梁是一種社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志�？v觀歷史，在全世界的橋梁設(shè)計(jì)和發(fā)展過程中，我們可以總結(jié)出橋梁的設(shè)計(jì)水平與很多因素有關(guān)。這其中包括社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展水平，當(dāng)時(shí)的工業(yè)水準(zhǔn)，建設(shè)的施工技術(shù)，數(shù)學(xué)理論、力學(xué)研究的成果，計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步等。在這所有的影響因素中，有一個(gè)特別值得我們關(guān)注，就是力學(xué)的應(yīng)用。可以說，力學(xué)在橋梁的設(shè)計(jì)中起到核心的作用，在l9和20世紀(jì)表現(xiàn)得尤為明顯，由于力學(xué)理論及應(yīng)用研究的發(fā)展，橋梁建設(shè)有了質(zhì)的飛躍。本文主要就是論述力學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，在分析應(yīng)用的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡釋未來的發(fā)展趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】力學(xué);橋梁設(shè)計(jì);發(fā)展趨勢(shì)
前言
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步在人類的歷史上總是起到關(guān)鍵的作用，這里我們想要談的領(lǐng)域是建筑中橋梁設(shè)計(jì)和自然科學(xué)中力學(xué)研究成果的關(guān)系。在人類的橋梁設(shè)計(jì)歷史上，人們一直在不斷探索和嘗試新的設(shè)計(jì)方案，這些方案的實(shí)施和實(shí)際運(yùn)用總是建立在一定的理論基礎(chǔ)之上，而這個(gè)理論基礎(chǔ)，或者說是理論依據(jù)就是力學(xué)的支持，橋梁設(shè)計(jì)者們運(yùn)用力學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，通過具體的理論分析來設(shè)計(jì)出安全可靠的橋梁施工方案。這里，我們要探討的就是力學(xué)理論在橋梁設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用，同時(shí)分析在未來力學(xué)會(huì)為其帶來的哪些更多的幫助。
一、力學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析
(一)力學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用歷史及取得的成就
在l8世紀(jì)以前，科學(xué)技術(shù)水平有限，那時(shí)的橋梁設(shè)計(jì)者們對(duì)力學(xué)的很多原理是不太了解的，但是，在實(shí)際的設(shè)計(jì)和建設(shè)中已經(jīng)不自覺地在運(yùn)用力學(xué)的知識(shí)了。例如，人們總結(jié)出土、石、磚、木等材料抗壓性較好。我們所熟知的趙州橋的建設(shè)就是充分利用了土、石等材料的優(yōu)點(diǎn)，一方面又減輕了橋身的重量，同時(shí)節(jié)約了材料，并且且便于排洪，可以說，它是世界古代橋梁的一個(gè)重大成就，以我們今天的角度來分析，趙州橋的建設(shè)充分發(fā)揮了材料力學(xué)的知識(shí)和原理。
18世紀(jì)前后，生鐵開始被人們運(yùn)用在了橋梁的建設(shè)上，之所以使用生鐵，是因?yàn)槿藗円庾R(shí)到生鐵的耐用性要強(qiáng)于土、石，但是，由于人們對(duì)材料本身的力學(xué)原理不是很清楚，所以運(yùn)用上就出現(xiàn)了很多技術(shù)問題，但是，這終究還是一種進(jìn)步。
19世紀(jì)中葉，歐洲社會(huì)進(jìn)入了工業(yè)化的發(fā)展道路，工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步徹底改變了西方社會(huì)的文明，在這段時(shí)間里，牛頓力學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展、微積分理論的研究都為力學(xué)在建筑中的運(yùn)用提供了很大的幫助，橋梁的設(shè)計(jì)當(dāng)然也包括在內(nèi)。
20世紀(jì)初期，歐洲的工業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了較高的水平，這時(shí)，力學(xué)研究的進(jìn)步及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展也已經(jīng)達(dá)到了較高的水平。此時(shí)，出現(xiàn)了一些新的材料，高強(qiáng)度鋼材、鋼筋混凝土，預(yù)應(yīng)力混凝土等，這些材料的出現(xiàn)可以說是橋梁設(shè)計(jì)建設(shè)中的一次重大飛躍，也充分說明了力學(xué)的研究成果在橋梁上的應(yīng)用。初等材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究成果使得跨越能力較強(qiáng)的懸索橋、斜拉橋開始被設(shè)計(jì)出來典型的例子如美國(guó)紐約華盛頓橋，舊金山金門大橋等。
20世紀(jì)后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步在建筑中發(fā)揮了重要作用，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用可以使橋梁設(shè)計(jì)中的復(fù)雜力學(xué)計(jì)算變得相當(dāng)容易，一些計(jì)算量大的模型如果靠人工來完成那幾乎是不可能的，但是借助計(jì)算機(jī)就可以輕易完成，在力學(xué)計(jì)算與分析的前提下，人們還可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行與橋梁有關(guān)的輔助設(shè)計(jì)，這樣的好處就是提高了設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。
通過以上的分析可以知道，橋梁設(shè)計(jì)在20世紀(jì)得到了較高水平的發(fā)展，這樣的發(fā)展受到多種因素的影響，但是，力學(xué)理論的因素是關(guān)鍵的作用，所以，有必要總結(jié)一下力學(xué)理論在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
(二)力學(xué)理論在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用總結(jié)
1.材料力學(xué)的發(fā)展作用巨大。他的作用主要是使橋梁建設(shè)中材料的使用更加合理科學(xué)，在運(yùn)用材料力學(xué)的過程中，人們通過長(zhǎng)期的總結(jié)也可以開發(fā)出許多新型的材料，這些材料可以進(jìn)一步在建筑中發(fā)揮巨大的作用。
2.預(yù)應(yīng)力思想的出現(xiàn)。這對(duì)于橋梁的設(shè)計(jì)也是有極大作用的。它的作用主要體現(xiàn)在使橋梁恒載不斷降低，跨度卻在不斷增加，這樣一來，設(shè)計(jì)出來的橋梁外形會(huì)更加好看，更具和諧性。
3.高速計(jì)算機(jī)的運(yùn)用。計(jì)算機(jī)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的復(fù)雜計(jì)算上。在橋梁的設(shè)計(jì)中，肯定會(huì)有很多復(fù)雜的力學(xué)分析和計(jì)算，通過計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，使得這樣的復(fù)雜計(jì)算變得十分容易，同時(shí)，也極大地節(jié)約了橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)間。
4.在橋梁的設(shè)計(jì)過程中，會(huì)有很多的帶有挑戰(zhàn)性的工程力學(xué)問題被提出來，要想解決這些復(fù)雜的問題，只依靠力學(xué)是不夠的，要借助于多學(xué)科的交叉運(yùn)用。正是力學(xué)的這種交叉滲透成為了現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和核心，對(duì)現(xiàn)代橋梁的設(shè)計(jì)起到了核心的作用。
二、力學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)
(一)從力學(xué)機(jī)理的角度來研究，多學(xué)科的交叉是一個(gè)重要的方面，在此基礎(chǔ)上，新型的、高強(qiáng)、甚至超高強(qiáng)工程材料的研究是一個(gè)核心的環(huán)節(jié)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)理論的研究上，更符臺(tái)實(shí)際狀態(tài)的力學(xué)分析方法是及其重要的，只有這樣，材料潛在的承載力才能過發(fā)揮出來。
(二)在運(yùn)用力學(xué)進(jìn)行大跨度橋梁設(shè)計(jì)的過程中，橋梁風(fēng)致振動(dòng)的物理特性和幾何非線性動(dòng)力學(xué)原理是值得我們?nèi)ド钊胙芯康�，要充分運(yùn)用風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M，在此基礎(chǔ)上，綜合空氣動(dòng)力學(xué)和物理，幾何非線性的研究來為橋梁的設(shè)計(jì)服務(wù)。2l世紀(jì)，力學(xué)理論和計(jì)算機(jī)都在飛速發(fā)展，在這樣的情況下，橋梁的設(shè)計(jì)工藝和水準(zhǔn)肯定會(huì)有很大的發(fā)展和進(jìn)步，而且這種進(jìn)步是建立在充分利用力學(xué)的基礎(chǔ)之上的。
(三)計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，橋梁輔助系統(tǒng)將發(fā)揮重要的作用。它在力學(xué)結(jié)構(gòu)分析、工程制圖、工程概預(yù)算數(shù)據(jù)庫上都將是必不可少的�，F(xiàn)如今，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無論在硬件還是軟件上的發(fā)展都是驚人的，這樣的發(fā)展趨勢(shì)也將從根本上解決橋梁設(shè)計(jì)中的很多問題，同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)還有一個(gè)好處就是可以實(shí)現(xiàn)資源和設(shè)計(jì)理念的共享，這也為橋梁的設(shè)計(jì)工作者們提供了巨大的幫助。
(四)橋梁施工控制技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中將發(fā)揮重要作用。固體力學(xué)的基礎(chǔ)理論和數(shù)據(jù)資料的運(yùn)用是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在計(jì)算方法和數(shù)值仿真技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，無損檢測(cè)的理論及使用技術(shù)得到了發(fā)展，對(duì)破舊的的橋梁，可以提供準(zhǔn)確可靠的評(píng)估報(bào)告。在設(shè)計(jì)過程中，一方面，通過控制技術(shù)，可以使得橋梁的設(shè)計(jì)中的誤差盡可能的小，減小了誤差，不僅可以使橋梁的安全性增加，同時(shí)，也節(jié)約了成本;另一方面，控制技術(shù)的運(yùn)用可以節(jié)約時(shí)間成本和人力成本，本來通過大量的人力，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間才能完成的設(shè)計(jì)任務(wù)這時(shí)就變得非常輕松。
(五)在超級(jí)跨海大橋的研究中，進(jìn)一步研究其中存在的力學(xué)難題，通過研究為特大型的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供施工和技術(shù)上的理論知識(shí)和保證。
可以預(yù)測(cè)的是，在現(xiàn)代力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，未來的橋梁建筑領(lǐng)域必定會(huì)出現(xiàn)越來越大的設(shè)計(jì)既美觀又實(shí)用的橋梁。
結(jié)論
通過以上的分析我們知道了力學(xué)理論在橋梁設(shè)計(jì)中的作用，在橋梁的整個(gè)設(shè)計(jì)和具體的施工中都是起到關(guān)鍵作用的。在橋梁的設(shè)計(jì)思路上，力學(xué)的運(yùn)用可以為橋梁的設(shè)計(jì)提供保障，保證橋梁設(shè)計(jì)方案的可行性，這樣也就保證了其安全性和耐用性。在未來，我們相信，橋梁設(shè)計(jì)會(huì)更加依賴于力學(xué)理論，當(dāng)然，自然科學(xué)是不斷在進(jìn)步的，力學(xué)的研究水平也將越來越高，橋梁設(shè)計(jì)的水平也必將越來越高。
參考文獻(xiàn)
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